(57)【要約】【課題】体格の大型化を抑制しつつ、ポンプ室に固着した回転体を引き剥がすことができる水素循環用電動ポンプを提供すること。【解決手段】電動ルーツ式ポンプ１７は、駆動軸３１及び従動軸３５が重力方向へ延び、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０と電動モータ４１が重力方向に互いに配列されるように縦置きされる。電動モータ４１は、ステータ４２とモータロータ４３とを備え、該モータロータ４３は駆動軸３１の外周側に装着されている。モータロータ４３は駆動軸３１に沿って移動可能に設けられており、駆動軸３１にはステータ４２の磁気的中心に対してモータロータ４３の磁気的中心が下方にずれた位置にて該モータロータ４３を支持する支持部材４６が設けられている。また、駆動軸３１にはステータ４２とモータロータ４３の磁気的中心とが一致する際に、モータロータ４３の第１端面４３ｂを衝突させるストッパ４８が設けられている。【選択図】図２
2007198216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池で使用されなかった水素ガスを、水素源から供給される水素ガスと合流させて前記燃料電池に供給可能な水素循環経路を備えた燃料電池システムの前記水素循環経路を構成する水素循環用電動ポンプであり、ハウジング内にはポンプ室が区画形成されているとともに電動モータが収容され、さらに、前記ハウジングには前記電動モータにより回転可能な回転軸が支持されているとともに、前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に伴い回転する回転体が収容されており、前記回転軸が重力方向へ延び、前記回転体及び電動モータが重力方向に互いに配列されるように縦置きされる水素循環用電動ポンプであって、
前記電動モータは、ステータと該ステータに対し相対回転可能なモータロータとを備え、該モータロータは前記回転軸の軸方向へ移動可能に該回転軸の外周側に設けられており、前記回転軸には前記ステータの磁気的中心に対して前記モータロータの磁気的中心が下方にずれた位置で該モータロータを支持する支持部材が設けられているとともに、前記ステータとモータロータの磁気的中心が一致する際に、前記モータロータの上側端面が衝突する衝突部材が設けられていることを特徴とする水素循環用電動ポンプ。
【請求項２】
前記モータロータが前記支持部材に支持された状態において、前記衝突部材は、前記ステータとモータロータの磁気的中心が一致した際のモータロータの上側端面より下側に設けられている請求項１に記載の水素循環用電動ポンプ。
【請求項３】
前記ハウジングには、前記回転軸を回転可能に支持するラジアルベアリングが設けられており、該ラジアルベアリングは、前記回転軸に一体回転可能に止着された内輪と、該内輪の外側に配置された外輪と、前記内輪と外輪との間に介在された転動素子とから構成され、前記モータロータが前記衝突部材に衝突することで前記回転軸は前記外輪に対する内輪の移動許容量だけ上方へ移動される請求項２に記載の水素循環用電動ポンプ。
【請求項４】
前記回転体は、互いに噛合可能な一対のロータであり、前記水素循環用電動ポンプはルーツ式ポンプである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の水素循環用電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸が重力方向へ延び、回転体及び電動モータが重力方向に互いに配列されるように縦置きされる水素循環用電動ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃料供給に用いられるポンプとしては、例えば、特許文献１に開示の流体ポンプが挙げられる。この流体ポンプは、モータ部とポンプ部とを有し、モータ部はモータハウジングの内周面に固着された一対のマグネットと、このマグネット内に回転自在に配設されたアーマチャーとを有する。前記アーマチャーはシャフトと、該シャフトに装着されたコアーシートと巻線コイルとからなるコアーと、該コアーに隣接して設けられたコンミュテータとを有している。
【０００３】
前記ポンプ部は、前記アーマチャーのシャフトのコアーを挟んでコンミュテータと反対側の端部に装着されたインペラと、該インペラを回転自在に収容し、インペラとの間で環状の流体流路を画定するポンプハウジングを有している。ポンプハウジングには、前記インペラを回転自在に収容するポンプ室が形成されている。そして、前記モータ部とポンプ部とは、重力方向（上下方向）に直列になるように自動車の燃料タンク内に配設されている。上記流体ポンプにおいて、前記アーマチャーは、そのコアの中心線が前記マグネットの中心線に対して所定量ポンプ部側にずれるように配設されている。そして、コアーとマグネットとを互いにずらして配設することにより、重力方向とは反対の、すなわちアーマチャーの自重方向とは反対の上向きの磁気吸引力を発生させることができる。そして、前記中心線同士のずれ量を調整することで、上向きの磁気吸引力が発生したときでもアーマチャーを上方へ移動させないようにし、該アーマチャーと一体のシャフトの先端と、シャフト用の穴の底との当接を無くして両者の摩耗を防止することができるようになっている。
【特許文献１】特開昭６２−１５９７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムを搭載し、該燃料電池で発電された電力によって走行する燃料電池車が注目されてきている。前記燃料電池システムにおいては、燃料電池にて使用されなかった未反応の水素ガス（所謂、水素オフガス）を前記燃料電池に再供給するための水素循環経路が設けられている。この水素循環経路には水素オフガスを搬送させるためのポンプが設けられている。
【０００５】
前記ポンプとして特許文献１に開示の流体ポンプを用いた場合、モータ部の回転に伴いポンプ部が作動し、水素オフガスが前記ポンプ室内に吸入される。さらに、ポンプ部の作動により、水素オフガスが、新たに供給された水素ガスに混合されることにより、燃料電池に再供給される。
【０００６】
しかし、上記燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電に伴って生成された水は、水素オフガスと共に燃料電池から排出され、さらに、水素オフガスと共にポンプ室内に導入される。そして、上記流体ポンプは、前記モータ部とポンプ部とが、重力方向（上下方向）に直列になるように燃料電池車内に配設されている。このため、ポンプ室内に導入された水は、該ポンプ室の底に溜まった状態となる。ここで、例えば、氷点下といった低温環境下で燃料電池システムが運転状態から停止されたとき、ポンプ室内の底に溜まった水が凝縮して凍結してしまい、インペラの下面とポンプ室の底面とが氷結して固着してしまう。インペラの下面と、ポンプ室の底面とが固着した場合は、燃料電池システムの運転再開時にインペラをポンプ室の底面から引き剥がすため、流体ポンプのモータ部に大トルクを発生させる必要が生じる。その結果として、流体ポンプにおいては、起動時に大トルクを発生可能とする大型のモータ部を設ける必要があり、体格が大型化してしまう。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、体格の大型化を抑制しつつ、ポンプ室に固着した回転体を引き剥がすことができる水素循環用電動ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、燃料電池で使用されなかった水素ガスを、水素源から供給される水素ガスと合流させて前記燃料電池に供給可能な水素循環経路を備えた燃料電池システムの前記水素循環経路を構成する水素循環用電動ポンプであり、ハウジング内にはポンプ室が区画形成されているとともに電動モータが収容され、さらに、前記ハウジングには前記電動モータにより回転可能な回転軸が支持されているとともに、前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に伴い回転する回転体が収容されており、前記回転軸が重力方向へ延び、前記回転体及び電動モータが重力方向に互いに配列されるように縦置きされる水素循環用電動ポンプであって、前記電動モータは、ステータと該ステータに対し相対回転可能なモータロータとを備え、該モータロータは前記回転軸の軸方向へ移動可能に該回転軸の外周側に設けられており、前記回転軸には前記ステータの磁気的中心に対して前記モータロータの磁気的中心が下方にずれた位置で該モータロータを支持する支持部材が設けられているとともに、前記ステータとモータロータの磁気的中心が一致する際に、前記モータロータの上側端面が衝突する衝突部材が設けられている。
【０００９】
この構成によれば、回転体とポンプ室とが氷結によって固着した状態での水素循環用電動ポンプの起動時には、電動モータの起動の際にステータとモータロータとの間に発生する磁気力によって、ステータの磁気的中心とモータロータの磁気的中心とが一致するようにモータロータが回転軸の軸方向に沿って重量方向上方へ移動する。このモータロータの移動の際に、モータロータの上側端面が回転軸に設けられた衝突部材に下側から衝突する。このとき、該下側からの衝突により回転軸には軸方向に沿った上向きの荷重が作用し、回転軸を介して回転体に上向きの荷重が作用するため、該荷重によって回転体をポンプ室から引き剥がすことができる。したがって、回転体とポンプ室とが氷結によって固着した状態での水素循環用電動ポンプの起動時には、電動モータの起動だけで回転体をポンプ室から引き剥がすことができ、固着状態の回転体を回転させるための大トルクを電動モータに発生させる必要が無くなる。
【００１０】
また、前記モータロータが前記支持部材に支持された状態において、前記衝突部材は、前記ステータとモータロータの磁気的中心が一致した際のモータロータの上側端面より下側に設けられていてもよい。
【００１１】
この構成によれば、モータロータが回転軸の軸方向に沿って上方へ移動した際、ステータとモータロータの磁気的中心が一致する直前でモータロータの上側端面が衝突部材に衝突することとなり、さらに、磁気的中心が一致する際にはモータロータによって衝突部材を介して回転軸は上方へ押し上げられることとなる。したがって、前記衝突により発生する荷重と、モータロータの押し上げによって回転軸を上方へ移動させ、該回転軸を介して回転体を上方へ移動させることで、回転体をポンプ室から確実に引き剥がすことができる。
【００１２】
また、前記ハウジングには、前記回転軸を回転可能に支持するラジアルベアリングが設けられており、該ラジアルベアリングは、前記回転軸に一体回転可能に止着された内輪と、該内輪の外側に配置された外輪と、前記内輪と外輪との間に介在された転動素子とから構成され、前記モータロータが前記衝突部材に衝突することで前記回転軸は前記外輪に対する内輪の移動許容量だけ上方へ移動されるとしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、モータロータによる回転軸の押し上げ量（移動量）は、ラジアルベアリングにおける内輪の外輪に対する移動許容量（がたつき量）である。すなわち、内輪が外輪に対して移動可能とする量だけ回転軸が移動すると、回転軸の上方への移動を規制することができる。したがって、既存の構成であるラジアルベアリングを用いて回転軸の移動量を規制することができる。
【００１４】
また、前記回転体は、互いに噛合可能な一対のロータであり、前記水素循環用電動ポンプはルーツ式ポンプであってもよい。
この構成によれば、水素循環用電動ポンプの縦置き状態では、一対のロータの端面がポンプ室の内壁面に相対向し、ポンプ室内へ導入された水の凍結によって各ロータはポンプ室の内壁面に固着しやすくなる。しかし、本発明のように、モータロータを衝突部材に衝突させる構成を採用することで、各ロータをポンプ室の内壁面から確実に引き剥がすことができる。したがって、回転軸に支持部材及び衝突部材を設け、モータロータを回転軸に沿って移動可能に装着する構成は、ルーツ式ポンプに採用するのに特に有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、体格の大型化を抑制しつつ、ポンプ室に固着した回転体を引き剥がすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の水素循環用電動ポンプを燃料電池車に搭載された燃料電池システムにおける水素循環用ポンプとして用いられる電動ルーツ式ポンプに具体化した第１の実施形態を図１〜図４に従って説明する。まず、燃料電池システム１０は、図４に示すように、燃料電池１１、酸素供給手段１２、水素供給手段１３を備えている。燃料電池１１は、例えば固体高分子型の燃料電池からなり、酸素供給手段１２から供給される酸素と、水素供給手段１３から供給される水素とを反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生（発電）する。前記酸素供給手段１２は、圧縮空気を供給するためのコンプレッサ１４を備え、コンプレッサ１４は燃料電池１１の酸素供給ポート（図示せず）に管路１５を介して連結され、管路１５の途中に加湿器１６が設けられている。
【００１７】
前記水素供給手段１３は、燃料電池１１で使用されなかった水素ガス（いわゆる水素オフガス）を循環使用するための電動ルーツ式ポンプ１７を備えている。すなわち、この電動ルーツ式ポンプ１７は、燃料電池１１で使用されなかった水素オフガスを燃料電池１１へと再び供給するために設けられている。電動ルーツ式ポンプ１７は燃料電池１１の水素供給ポート（図示せず）に管路１８を介して連結され、燃料電池１１の水素排出ポート（図示せず）に管路１９を介して連結されている。また、水素供給手段１３は、水素源（水素ガス供給源）としての水素タンク２０を備えている。水素タンク２０は途中にレギュレータ（図示せず）を備えた管路２１を介して管路１８に連結されている。そして、電動ルーツ式ポンプ１７及び管路１８，１９により、燃料電池１１で使用されなかった水素オフガスを水素タンク２０から新たに供給される水素ガスとともに燃料電池１１に供給可能な水素循環経路が構成されている。
【００１８】
次に、前記電動ルーツ式ポンプ１７について具体的に説明する。なお、第１の実施形態における以下の説明において電動ルーツ式ポンプ１７の「上」「下」は、図１に示す矢印Ｙの方向を上下（重力）方向とする。また、電動ルーツ式ポンプ１７は、燃料電池車への搭載状態において回転軸としての駆動軸３１が重力方向（上下方向）へ延びるようになっている。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の電動ルーツ式ポンプ１７のハウジングは、ポンプハウジングＰと、モータハウジングＭとから構成されている。そして、電動ルーツ式ポンプ１７は、前記ポンプハウジングＰが重力方向にてモータハウジングＭの上側に位置するように両ハウジングＰ，Ｍが、重力方向（上下方向）に配列される縦置きタイプとして用いられる。前記ポンプハウジングＰは、前記モータハウジングＭの上端に接合固定されたギヤハウジング２５と、該ギヤハウジング２５の上端に接合固定された軸支部材２３と、該軸支部材２３の上端に接合固定されたロータハウジング２２とから構成されている。そして、ポンプハウジングＰにおいて、ロータハウジング２２と軸支部材２３との間には、ポンプ室としてのロータ室２４が囲み形成されている。このロータ室２４において、ロータハウジング２２によって形成されるロータ室２４の壁面を内壁面２２Ｈとし、軸支部材２３によって形成されるロータ室２４の壁面を内壁面２３Ｈとする。また、ギヤハウジング２５と軸支部材２３との間にギヤ室２６が囲み形成されている。さらに、ギヤハウジング２５とモータハウジングＭとの間にはモータ室２９が囲み形成されているとともに、このモータ室２９内には電動モータ４１が収容されている。
【００２０】
上記構成のハウジングにおいて、前記モータハウジングＭと、ロータハウジング２２と、軸支部材２３とには、回転軸たる駆動軸３１がラジアルベアリング３２を介して回転可能に支持されている。なお、前記ラジアルベアリング３２は、駆動軸３１の周面３１ａに止着され、該駆動軸３１と一体回転可能な内輪３２ａと、該内輪３２ａの外周側に配置された外輪３２ｂと、該外輪３２ｂと前記内輪３２ａとの間に介在された転動素子３２ｃとから構成されている。また、上記構成のハウジングにおいて、前記ロータハウジング２２と、前記軸支部材２３とには、前記駆動軸３１と平行をなす従動軸３５がラジアルベアリング３６を介して回転可能に支持されている。なお、前記ラジアルベアリング３６は、従動軸３５の周面３５ａに止着され、該従動軸３５と一体回転可能な内輪３６ａと、該内輪３６ａの外周側に配置された外輪３６ｂと、該外輪３６ｂと前記内輪３６ａとの間に介在された転動素子３６ｃとから構成されている。
【００２１】
前記ロータ室２４内において、駆動軸３１には回転体としての駆動ロータ３９が取付固定され、従動軸３５には回転体としての従動ロータ４０が取付固定されている。そして、この第１の実施形態の電動ルーツ式ポンプ１７は、駆動軸３１が重力方向（上下方向）へ延び、前記駆動ロータ３９及び従動ロータ４０（上側）と電動モータ４１（下側）とが重力方向（上下方向）に互いに配列されるように縦置きされるようになっている。前記駆動ロータ３９において駆動軸３１の軸方向に沿った方向（図１では上下方向）を駆動ロータ３９の軸方向とし、従動ロータ４０において従動軸３５の軸方向に沿った方向（図１では上下方向）を従動ロータ４０の軸方向とする。前記駆動ロータ３９と従動ロータ４０は、駆動軸３１と従動軸３５の軸方向に直交する断面視が双葉状（瓢箪状）に形成された二葉型のロータであり、互いに噛合可能に形成されている。ここで、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向における端面のうち、前記ロータハウジング２２の内壁面２２Ｈに相対向する端面（上端面）を第１ロータ端面３９ａ，４０ａとし、軸支部材２３の内壁面２３Ｈに相対向する端面（下端面）を第２ロータ端面３９ｂ、４０ｂとする。
【００２２】
電動ルーツ式ポンプ１７が縦置きされ、電動モータ４１に電流が通電されていない状態において、前記第１ロータ端面３９ａ，４０ａとロータ室２４の内壁面２２Ｈとの間にはクリアランスＣＬが形成され、前記第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂとロータ室２４の内壁面２３Ｈとの間にはクリアランス（図示せず）が形成されている。電動モータ４１に通電されていない状態では、第１ロータ端面３９ａ，４０ａと内壁面２２Ｈとの間に形成されるクリアランスＣＬは、前記第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂと内壁面２３Ｈとの間に形成されるクリアランスよりも大きくなっている。
【００２３】
また、ロータハウジング２２には、水素オフガスをロータ室２４に吸引する吸入口（図示せず）が形成されているとともに、ロータ室２４内へ吸入された水素オフガスを吐出する吐出口（図示せず）が形成されている。また、前記ギヤ室２６内において、駆動軸３１に固定された駆動ギヤ３７と従動軸３５に固定された従動ギヤ３８とは噛合連結されている。
【００２４】
そして、上記構成の電動ルーツ式ポンプ１７を備える燃料電池システム１０では、前記電動モータ４１の回転駆動に基づき駆動軸３１が回転すると、駆動ギヤ３７と従動ギヤ３８との噛合連結を通じて従動軸３５が駆動軸３１とは異なる方向へ回転する。すると、ロータ室２４内では、駆動ロータ３９と従動ロータ４０とが回転する。燃料電池１１から排出された水素オフガスは、駆動ロータ３９と従動ロータ４０の回転に伴い管路１９を介して吸入口からロータ室２４内へ吸入される。その後、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転に伴い、ロータ室２４内に吸入された水素オフガスはロータ室２４の吐出口側へ送り出され、該吐出口からロータ室２４外の管路１８へ吐出される。その後、管路１８へ吐出された水素オフガスは、水素タンク２０から新たに供給される水素ガスとともに管路１８から燃料電池１１に再供給される。
【００２５】
次に、前記電動モータ４１及び駆動軸３１について詳細に説明する。
図１に示すように、電動モータ４１は、モータハウジングＭの内面に止着されたステータ４２と、該ステータ４２の内側に配設されるとともにステータ４２に対し正逆両方向へ相対回転可能なモータロータ４３とから構成されている。なお、図１における一点鎖線Ｊ１を前記ステータ４２の磁気的中心とし、一点鎖線Ｊ２をモータロータ４３の磁気的中心とする。前記ステータ４２はステータコイル４２ａを有し、該ステータコイル４２ａは複数本のリード線（図示せず）を介して外部電源（図示せず）に電気的に接続されている。
【００２６】
また、前記モータロータ４３は円筒状に形成され、該モータロータ４３は前記駆動軸３１の外周側に装着されている。ここで、モータロータ４３において、駆動軸３１の軸方向に沿ったギヤハウジング２５側の端面（上端面）を第１端面４３ｂとし、前記第１端面４３ｂとは反対側の端面（下端面）を第２端面４３ｃとする。
【００２７】
駆動軸３１は、前記ベアリング３２によってハウジングに回転可能に支持されていることから、該駆動軸３１の周面３１ａと、該周面３１ａに対向するモータロータ４３の内周面４３ａとの間には極僅かなクリアランスが形成されている。モータロータ４３の内周面４３ａに対向する駆動軸３１の周面３１ａには、駆動軸３１の軸方向に沿って直線状に延びるキー溝３１ｂが凹設されている。そして、このキー溝３１ｂには、細長板状をなすキー４５の一側部が圧入されており、キー４５は駆動軸３１に一体化され、駆動軸３１と一体回転可能になっている。
【００２８】
駆動軸３１の周面３１ａに対向するモータロータ４３の内周面４３ａにおいて、前記キー４５と対向する位置には、該キー４５の他側部が挿入された挿入溝４７が凹設されている。そして、モータロータ４３の回転に伴い、挿入溝４７の内側面がキー４５に当接することで、モータロータ４３の回転トルクがキー４５を介して駆動軸３１に伝達されるようになっている。また、前記モータロータ４３は、挿入溝４７をガイドとして駆動軸３１の軸方向に沿って移動可能に駆動軸３１に装着されている。そして、電動モータ４１が通電されると、図２に示すように、ステータ４２の磁気的中心とモータロータ４３の磁気的中心とが一致した状態でモータロータ４３が回転し、該モータロータ４３の回転トルクがキー４５を介して駆動軸３１に伝達されることで駆動軸３１が回転するようになっている。
【００２９】
図１に示すように、駆動軸３１の周面３１ａにおいて、前記モータロータ４３より下側となる位置には支持部材４６が装着されている。この支持部材４６は、駆動軸３１の周方向の全周に亘って設けられている。そして、前記支持部材４６は、ステータ４２の磁気的中心がモータロータ４３の磁気的中心よりも下方に位置するようにモータロータ４３が下方へ位置ずれした状態でモータロータ４３の第２端面４３ｃに当接し、該モータロータ４３を支持するようになっている。なお、支持部材４６は、モータロータ４３の磁気的中心がステータ４２の磁気的中心より下方へずれていても、電動モータ４１の通電時にはステータ４２とモータロータ４３との間に磁気力を作用させることが可能な位置でモータロータ４３を支持している。
【００３０】
駆動軸３１の周面３１ａにおいて、モータロータ４３より上側となる位置には衝突部材としてのストッパ４８が装着されている。このストッパ４８は、駆動軸３１の周方向の全周に亘って設けられている。また、モータロータ４３が支持部材４６に支持された状態では、ストッパ４８は、その上面４８ａが、ステータ４２の上面４２ｂと同一平面上に位置するように駆動軸３１の周面３１ａに装着されている。すなわち、モータロータ４３が支持部材４６に支持された状態において、ストッパ４８は、前記ステータ４２とモータロータ４３の磁気的中心が一致した際のモータロータ４３の上側端面たる第１端面４３ｂより下側に設けられている。
【００３１】
そして、支持部材４６にモータロータ４３が支持された状態で電動モータ４１が通電されると、モータロータ４３には上向きの磁気力が作用し、ステータ４２の磁気的中心とモータロータ４３の磁気的中心とを一致させるようにモータロータ４３が上方へ移動するようになっている。モータロータ４３が上方へ移動した際には、モータロータ４３の上側端面となる第１端面４３ｂがストッパ４８の下面４８ｂに衝突し、ストッパ４８には上向きの荷重が作用するようになっている。
【００３２】
さて、燃料電池システム１０が運転状態にあり、上記構成の電動ルーツ式ポンプ１７が運転状態にあるときには、燃料電池１１で生成された水を含む水素オフガスは、管路１９を介して吸入口からロータ室２４内へ吸入され、吐出口からロータ室２４外へ吐出される。ロータ室２４内へ吸入された水は、低温環境下では結露し、さらには、自重によってロータ室２４の底側たる内壁面２３Ｈへ向けて流下して、該内壁面２３Ｈと駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂとの間に溜まる。また、ロータ室２４内へ吸入された水は、低温環境下では駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の壁面にも結露する。そして、氷点下で燃料電池システム１０が運転状態から停止され、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０が停止したとき、ロータ室２４内の水が凍結する。該凍結により駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂとロータ室２４の内壁面２３Ｈとが氷結して固着し、さらに、駆動ロータ３９と従動ロータ４０の壁面同士が互いに固着した状態となる。
【００３３】
上記固着状態における燃料電池システム１０の運転再開時、電動ルーツ式ポンプ１７を起動させ、電動モータ４１において、外部電源からステータコイル４２ａに電流を流し、ステータ４２の磁気的中心とモータロータ４３の磁気的中心とを一致させるようにモータロータ４３に上向きの磁気力（推力）を発生させる。すると、モータロータ４３は、キー４５をガイドとしながら駆動軸３１に沿って上方へ向けて移動する。ここで、ストッパ４８は、ステータ４２の磁気的中心とモータロータ４３の磁気的中心とが一致した際に、モータロータ４３の第１端面４３ｂが位置する位置よりも下側に設けられている。このため、上方へ向けて移動するモータロータ４３の第１端面４３ｂはストッパ４８の下面４８ｂに衝突する。この衝突によりストッパ４８には上向きの荷重が作用し、駆動軸３１にも軸方向に沿った上向きの荷重が作用する。さらに、モータロータ４３は、その磁気的中心がステータ４２の磁気的中心に一致する位置まで移動するため、駆動軸３１はストッパ４８が図２の２点鎖線に示す位置から実線に示す位置にまで移動するようにモータロータ４３によって押し上げられる。
【００３４】
すなわち、ストッパ４８が装着された駆動軸３１は、前記上向きの荷重に加えモータロータ４３の押し上げによって上方へ向けて僅かに移動することとなる。図３に示すように、この駆動軸３１の移動量は、該駆動軸３１に止着された内輪３２ａの外輪３２ｂに対する移動許容量とされている。すなわち、内輪３２ａと外輪３２ｂとの間に存在する、内輪３２ａの駆動軸３１の軸方向へのがたつき量だけ、駆動軸３１は移動可能となっている。そして、駆動軸３１が、前記上向きの荷重及び押し上げによって上方へ移動することによって、該駆動軸３１に設けられた駆動ロータ３９には上向きの荷重が作用する。ここで、駆動ロータ３９の第１ロータ端面３９ａと、ロータ室２４の内壁面２２Ｈとの間にはクリアランスＣＬが形成されているため（図１参照）、該クリアランスＣＬ内にて駆動ロータ３９の上方への移動が許容される。すると、駆動ロータ３９の第２ロータ端面３９ｂが、ロータ室２４の内壁面２３Ｈから引き剥がされる。
【００３５】
このとき、駆動ロータ３９には従動ロータ４０の壁面が固着しているため、駆動ロータ３９が押し上げられると同時に従動ロータ４０も押し上げられる。この従動軸３５の移動量も、該従動軸３５に止着された内輪３６ａの外輪３６ｂに対する移動許容量とされている。すなわち、内輪３６ａと外輪３６ｂとの間に存在する、従動軸３５の軸方向へのがたつき量だけ、従動軸３５は移動可能となっている。そして、駆動ロータ３９の第２ロータ端面３９ｂが内壁面２３Ｈから引き剥がされると同時に従動ロータ４０の第２ロータ端面４０ｂも内壁面２３Ｈから引き剥がされる。その結果、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０とロータ室２４との固着状態が解消される。
【００３６】
そして、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０がロータ室２４から引き剥がされた後、モータロータ４３のキー４５への当接によって、モータロータ４３の回転が駆動軸３１に伝達され、電動ルーツ式ポンプ１７が運転される。
【００３７】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）縦置きの電動ルーツ式ポンプ１７において、重力方向（上下方向）へ延びる駆動軸３１に設けた支持部材４６によって、モータロータ４３の磁気的中心がステータ４２の磁気的中心に対し下方にずれた位置でモータロータ４３を支持させた。さらに、駆動軸３１には、ステータ４２の磁気的中心とモータロータ４３の磁気的中心とが一致するようにモータロータ４３が上方へ移動する際に、モータロータ４３の第１端面（上側端面）４３ｂが衝突するストッパ（衝突部材）４８を設けた。そして、電動モータ４１の起動時に、モータロータ４３がストッパ４８に衝突する際に発生する荷重によって、駆動軸３１に上向きの荷重を作用させ、該駆動軸３１に固定された駆動ロータ３９に上向きの荷重を作用させることができる。その結果、氷結した駆動ロータ３９の第２ロータ端面３９ｂとロータ室２４の内壁面２３Ｈとを引き剥がすことができ、従動ロータ４０も駆動ロータ３９と同時にロータ室２４の内壁面２３Ｈから引き剥がすことができる。
【００３８】
したがって、電動ルーツ式ポンプ１７の起動時には、電動モータ４１を起動させ、モータロータ４３を駆動軸３１に沿って移動させるだけで、ロータ室２４の内壁面２３Ｈに固着した駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を内壁面２３Ｈから引き剥がすことができる。すなわち、電動ルーツ式ポンプ１７の起動時には、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を回転させることによってロータ室２４から引き剥がすための大トルクを発生させる必要がなくなる。その結果として、電動ルーツ式ポンプ１７においては、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から引き剥がすために、大トルクを発生させる大型の電動モータを搭載する必要がなく、電動ルーツ式ポンプ１７の体格の大型化を抑制することができる。
【００３９】
（２）モータロータ４３が支持部材４６に支持された状態において、ストッパ４８は、ステータ４２とモータロータ４３の磁気的中心が一致した際に位置するモータロータ４３の第１端面４３ｂの位置より下側にある。このため、上向きの磁気力によってモータロータ４３が上方へ移動した際、磁気的中心が一致する直前でモータロータ４３の第１端面４３ｂがストッパ４８に衝突することとなり、さらに、磁気的中心が一致する際にはモータロータ４３によってストッパ４８を介した駆動軸３１は上方へ押し上げられることとなる。したがって、前記衝突により発生する荷重と、モータロータ４３の押し上げによって駆動軸３１を上方へ移動させることができ、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂをロータ室２４の内壁面２３Ｈから確実に引き剥がすことができる。
【００４０】
（３）駆動軸３１が押し上げられる量（移動量）は、ラジアルベアリング３２における内輪３２ａの外輪３２ｂに対する移動許容量（がたつき量）である。したがって、既存の構成であるラジアルベアリング３２を用いて駆動軸３１の移動量を規制することができ、例えば、駆動軸３１の移動量を規制する手段を別途設ける場合に比して電動ルーツ式ポンプ１７の構成が複雑になることを防止することができる。
【００４１】
（４）電動ルーツ式ポンプ１７は、回転体として駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を用いたタイプであるが、電動ルーツ式ポンプ１７の縦置き状態では、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂがロータ室２４の内壁面２３Ｈに相対向し、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０は内壁面２３Ｈに固着しやすくなる。しかし、モータロータ４３をストッパ４８に衝突させることで、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を内壁面２３Ｈから確実に引き剥がすことができる。したがって、駆動軸３１に支持部材４６及びストッパ４８を設け、モータロータ４３を駆動軸３１に沿って移動可能に装着する構成は、ルーツ式の電動ポンプに採用するのに特に有効である。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の水素循環用電動ポンプを燃料電池車に搭載された燃料電池システムにおける水素循環用ポンプとして用いられる電動ルーツ式ポンプに具体化した第２の実施形態を図５及び図６に従って説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成については、同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第２の実施形態における以下の説明において電動ルーツ式ポンプ１７の「上」「下」は、図５に示す矢印Ｙの方向を上下（重力）方向とする。また、電動ルーツ式ポンプ１７は、燃料電池車への搭載状態において回転軸としての駆動軸３１が重力方向（上下方向）へ延びるようになっている。
【００４３】
図５に示すように、第２の実施形態の電動ルーツ式ポンプ１７は、前記モータハウジングＭが、重力方向にてポンプハウジングＰの上側に位置するように両ハウジングＭ，Ｐが重力方向（上下方向）に配列される縦置きタイプとして用いられる。すなわち、第２の実施形態の電動ルーツ式ポンプ１７は、第１の実施形態とは上下が反転した状態で縦置きされ、電動モータ４１（上側）と駆動ロータ３９及び従動ロータ４０（下側）とが上下方向に互いに配列されるように縦置きされるようになっている。電動ルーツ式ポンプ１７が縦置きされた状態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の下端面となる第１ロータ端面３９ａ，４０ａとロータ室２４の内壁面２２Ｈとの間には極僅かなクリアランスが形成されている（図示せず）。また、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の上端面となる第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂとロータ室２４の内壁面２３Ｈとの間にはクリアランスＣＬが形成されている。そして、電動ルーツ式ポンプ１７の縦置き状態では、第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂと内壁面２３Ｈとの間に形成されるクリアランスＣＬは、前記第１ロータ端面３９ａ，４０ａと内壁面２２Ｈとの間に形成されるクリアランスよりも大きくなっている。
【００４４】
また、駆動軸３１の周面３１ａにおいて、前記モータロータ４３より下側となる位置には前記支持部材４６が装着され、モータロータ４３より上側となる位置にはストッパ４８が装着されている。このため、モータロータ４３は、第１端面４３ｂが支持部材４６に当接することで支持部材４６に支持されている。また、モータロータ４３に上向きの磁気力が作用し、該モータロータ４３が上方へ移動したとき、モータロータ４３の上側端面となる第２端面４３ｃがストッパ４８に衝突するようになっている。
【００４５】
そして、第２の実施形態の電動ルーツ式ポンプ１７においても、図６に示すように、電動モータ４１の起動時には、モータロータ４３の第２端面４３ｃがストッパ４８に衝突し、該衝突の際に発生する荷重及びモータロータ４３の押し上げによって駆動軸３１に上向きの荷重を作用させることができる。その結果として、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０にも上向きの荷重が作用し、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０が引き上げられる。したがって、ロータ室２４内の水の凍結により、第１ロータ端面３９ａ，４０ａが内壁面２２Ｈに固着したとしても、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０が引き上げられることによって、第１ロータ端面３９ａ，４０ａを内壁面２２Ｈから引き剥がすことができる。すなわち、電動ルーツ式ポンプ１７が第１の実施形態と上下が反転していても、第１の実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を発揮させることができる。
【００４６】
なお、各実施形態は以下のように変更してもよい。
○  各実施形態において、電動モータ４１への通電及び非通電を複数回繰り返し、モータロータ４３を重力方向（上下方向）へ繰り返し移動させ、モータロータ４３をストッパ４８に繰り返し衝突させてもよい。
【００４７】
○  各実施形態において、三葉以上の多葉状の駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を用いた電動ルーツ式ポンプ１７としてもよい。
○  各実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に複数個、取付固定した多段式の電動ルーツ式ポンプとしてもよい。
【００４８】
○  各実施形態では、水素循環用電動ポンプを、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を回転体とした電動ルーツ式ポンプ１７に具体化したが、電動ポンプを、スクリューを回転体とした電動スクリュー式ポンプに具体化してもよい。
【００４９】
○  第１の実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第１ロータ端面３９ａ，４０ａをロータ室２４の内壁面２２Ｈに当接させることで駆動軸３１の上方への移動量を規制する構成としてもよい。この場合、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第１ロータ端面３９ａ，４０ａとロータ室２４の内壁面２２Ｈとの間のクリアランスＣＬは、ラジアルベアリング３２における内輪３２ａの外輪３２ｂに対する移動許容量（がたつき量）より小さくなる。また、第２の実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂをロータ室２４の内壁面２３Ｈに当接させることで駆動軸３１の上方への移動量を規制する構成としてもよい。この場合、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の第２ロータ端面３９ｂ，４０ｂとロータ室２４の内壁面２３Ｈとの間のクリアランスＣＬは、ラジアルベアリング３２における内輪３２ａの外輪３２ｂに対する移動許容量（がたつき量）より小さくなる。
【００５０】
○  各実施形態において、ラジアルベアリング３２の内輪３２ａは駆動軸３１に一体回転可能に止着されていなくてもよい。この場合、電動モータ４１に通電されている状態では、ステータ４２の磁気的中心とモータロータ４３の磁気的中心とを一致させる方向へ力が働く。このため、起動時にモータロータ４３の磁気的中心がステータ４２の磁気的中心を超えて、モータロータ４３が上方へ移動したとしても、両磁気的中心を一致させる復元力によって駆動軸３１の移動量が規制される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１の実施形態の電動ルーツ式ポンプを示す縦断面図。
【図２】ステータとモータロータの磁気的中心が一致したときの電動ルーツ式ポンプを示す縦断面図。
【図３】駆動軸及び駆動ロータが上方へ移動した状態を示す拡大断面図。
【図４】燃料電池システムの構成図。
【図５】第２の実施形態の電動ルーツ式ポンプを示す縦断面図。
【図６】ステータとモータロータの磁気的中心が一致したときの電動ルーツ式ポンプを示す縦断面図。
【符号の説明】
【００５２】
Ｍ…ハウジングを構成するモータハウジング、Ｐ…ハウジングを構成するポンプハウジング、１０…燃料電池システム、１１…燃料電池、１７…水素循環経路を構成する水素循環用電動ポンプとしての電動ルーツ式ポンプ、１８，１９…水素循環経路を構成する管路、２０…水素源としての水素タンク、２４…ポンプ室としてのロータ室、３１…回転軸としての駆動軸、３２…ラジアルベアリング、３２ａ…内輪、３２ｂ…外輪、３２ｃ…転動素子、３９…回転体としての駆動ロータ、４０…回転体としての従動ロータ、４１…電動モータ、４２…ステータ、４３…モータロータ、４３ｂ…上側端面としての第１端面、４３ｃ…上側端面としての第２端面、４６…支持部材、４８…衝突部材としてのストッパ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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